Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lösung gegen Schwefelsäureangriff auf Abwasseranlagen

23.02.2018

Biogene Schwefelsäure-Korrosion schädigt Kanal- und Abwassersysteme, versursacht hohe Kosten und ist gesundheitsgefährdend. Forscher der beiden österreichsichen Universitäten TU Graz und Uni Graz zeigen in Water Research neue Materialien, die den Korrosionsprozess verhindern.

Abwassersysteme sind eine zentrale Infrastruktureinrichtung jeder Kommune. Idealerweise funktionieren sie einwandfrei und sind langlebig. Biogene Umsetzungsprozesse in Kanal- und Klärsystemen sind jedoch „natürliche Feinde“ herkömmlicher Anlagen und verursachen oftmals hohe Kosten durch Schäden an Bauteilen aus Beton und Metall.


Biogene Schwefelsäure-Korrosion führt zu massiven Schädigungen an Abwassersystemen. Grazer Forscher präsentieren eine Lösung gegen den Schwefelsäureangriff.

© TU Graz


In Feldversuchen gehen die Forscher von TU Graz und Uni Graz den Schäden durch BSK-Korrosion auf den Grund.

© TU Graz

So haben Abwassersysteme nicht selten eine Lebensdauer von weniger als zehn Jahren, müssen restauriert oder einzelne Bauteile getauscht werden. In diesen Prozessen freigesetzte toxische Gase wie Schwefelwasserstoff stellen zudem ein erhebliches gesundheitliches Gefahrenpotenzial dar, das von Reizerscheinungen bis hin zu Atemstillstand und Tod führen kann.

Eine interdisziplinäre Forschenden-Gruppe von TU Graz und Uni Graz stellt jetzt im Fachjournal Water Research neue Strategien zur Verhinderung von sogenannter Biogener Schwefelsäure-Korrosion (BSK)-Ausbildung vor. Der interdisziplinären Forschungsgruppe gehören Cyrill Grengg vom Institut für Angewandte Geowissenschaften, Florian Mittermayr vom Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie der TU Graz und Günther Koraimann vom Institut für Molekulare Biowissenschaften der Uni Graz an.

Biogener Schwefelsäureangriff: Deckel drauf ist nicht die Lösung

Cyrill Grengg vom Institut für Angewandte Geowissenschaften der TU Graz erläutert: „Nicht selten beträgt die durch BSK erzeugte Korrosionsrate an herkömmlichen in Abwasseranlagen verwendeten Betonen einen Zentimeter pro Jahr oder mehr. Die verwendeten Betonteile können so innerhalb von wenigen Jahren vollständig zerstört werden und massive Schädigungen an Abwassersystemen hervorrufen.“

Oftmals fehle das Bewusstsein für diese Prozesse und die daraus resultierende Gefahr für Abwassersysteme und Gesundheit, so die Forscher. „Kanaldeckel drauf und wegschauen ist nicht die Lösung“, so Grengg. Denn der volkswirtschaftliche Schaden durch notwendige Restaurationsmaßnahmen an Abwassersystemen wurde allein für Deutschland mit rund 450 Millionen Euro pro Jahr berechnet. Für Österreich liegen derzeit keine Berechnungen vor, die Zahlen lassen sich jedoch auf andere europäische Länder umlegen.

Biogene Schwefelsäure-Korrosion (BSK) in Abwasseranlagen entsteht durch eine Sequenz von biogener Sulfat-Reduktion und einer anschließenden Rückoxidation. In einem ersten Schritt wird das in Druckrohrleitungen oder stehenden Abwässern vorhandene Sulfat von Bakterien unter anaerobern, also Sauerstoff-freien Bedingungen reduziert und es bildet sich Schwefelwasserstoff.

Dieses stark riechende, hoch giftige Gas entweicht in die Kanalatmosphäre und diffundiert in den Beton der Abwasserrohre und Kanalschächte. An Betonwänden, die gar nicht in Kontakt mit dem Abwasser stehen, findet eine Rückoxidation durch autotrophe Bakterien statt. Diese Mikroorganismen produzieren Schwefelsäure, die mit den Betonbauteilen reagiert.

Günther Koraimann vom Institut für Molekulare Biowissenschaften der Uni Graz hat diese Prozesse im Detail erforscht und erklärt: „Dadurch kommt es zu einer intensiven Biofilmbildung an der Oberfläche des Betons, einer Absenkung des pH-Werts auf unter zwei, also stark sauer, und zu expansiven Mineralneubildungen in Form von Gips. Die Kombination dieser Prozesse verursacht eine rasch voranschreitende Zerstörung des Betons.“

Ganzheitliches Lösungskonzept

In einem interdisziplinären Forschungsansatz arbeiten die Grazer Wissenschafter an einem ganzheitlichen Lösungskonzept. Nach der genauen Erforschung der mikrobiologischen Prozesse folgte die Entwicklung neuer BSK-resistenter Materialien in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkstoffe im Bauwesen der TU Darmstadt. Geopolymerbeton hat sich als besonders geeignet gezeigt, dem Säureangriff Stand zu halten. Bei der Entwicklung des Baustoffes ist nicht nur dessen Säureresistenz eine höchst erwünschte Eigenschaft, sondern auch die von der Forschungsgruppe vorangetriebene Entwicklung möglichst antibakterieller Materialoberflächen, an denen sich Mikroorganismen, die den initialen Oxidationsprozess verantworten, gar nicht erst ansiedeln. Somit wird die Entstehung von Schwefelsäure überhaupt verhindert.

Florian Mittermayr vom Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie der TU Graz erklärt: „Wir haben bereits vielversprechende Ergebnisse mit Materialien, die eine vielfach höhere Lebensdauer gegenüber herkömmlichen Betonen aufweisen. Der Einsatz dieser neuen Materialien würde eine nachhaltige Sanierung geschädigter Abwassersysteme ermöglichen, deren Lebensdauer deutlich verlängern und Kommunen und Abwasserverbände entlasten.“ Ihre jüngsten Erkenntnisse in der BSK-Bekämpfung veröffentlichte die Gruppe in der aktuellen Ausgabe des Fachjournals Water Research 134 (2018) 341 - 352 unter dem Titel "Advances in concrete materials for sewer systems affected by microbial induced concrete corrosion: A review."

Das Land Steiermark unterstützt die Forschungsaktivitäten der Grazer Wissenschafter finanziell und bemüht sich um Bewusstseinsbildung für dieses globale Problem unter den steirischen Kommunen und regionalen Abwasserverbänden.

Kontakt:

Cyrill GRENGG
Dr.rer.nat.
TU Graz | Institut für Angewandte Geowissenschaften
Rechbauerstraße 12, A-8010 Graz
Mobil: +43 680 3169642
Tel.: +43 316 873 6366
E-mail: cyrill.grengg@tugraz.at

Florian MITTERMAYR
Mag.rer.nat. Dr.rer.nat.
TU Graz | Institut für Materialprüfung und Baustofftechnologie
mit angeschlossener TVFA für Festigkeits- und Materialprüfung
Inffeldgasse 24, A-8010 Graz
Tel.: +43 316 873 7159
E-Mail: f.mittermayr@tugraz.at

Günther KORAIMANN
Ao.Univ.-Prof. Dr.phil.
Uni Graz | Institut für Molekulare Biowissenschaften
Humboldtstraße 50/EG, A-8010 Graz
Tel.: +43 316 380 5626
E-Mail: guenther.koraimann@uni-graz.at

Weitere Informationen:

https://www.journals.elsevier.com/water-research/
https://www.tugraz.at
https://www.uni-graz.at/

Barbara Gigler | Technische Universität Graz

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Autonomes Premiumtaxi sofort oder warten auf den selbstfahrenden Minibus?
14.06.2019 | Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

nachricht Erfolgreiche Forschung zur Ausbreitung von Wellen
23.05.2019 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die verborgene Struktur des Periodensystems

Die bekannte Darstellung der chemischen Elemente ist nur ein Beispiel, wie sich Objekte ordnen und klassifizieren lassen.

Das Periodensystem der Elemente, das die meisten Chemiebücher abbilden, ist ein Spezialfall. Denn bei dieser tabellarischen Übersicht der chemischen Elemente,...

Im Focus: The hidden structure of the periodic system

The well-known representation of chemical elements is just one example of how objects can be arranged and classified

The periodic table of elements that most chemistry books depict is only one special case. This tabular overview of the chemical elements, which goes back to...

Im Focus: MPSD-Team entdeckt lichtinduzierte Ferroelektrizität in Strontiumtitanat

Mit Licht lassen sich Materialeigenschaften nicht nur messen, sondern auch verändern. Besonders interessant sind dabei Fälle, in denen eine fundamentale Eigenschaft eines Materials verändert werden kann, wie z.B. die Fähigkeit, Strom zu leiten oder Informationen in einem magnetischen Zustand zu speichern. Ein Team um Andrea Cavalleri vom Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg, hat nun Lichtimpulse aus dem Terahertz-Frequenzspektrum benutzt, um ein nicht-ferroelektrisches Material in ein ferroelektrisches umzuwandeln.

Ferroelektrizität ist ein Zustand, in dem die Atome im Kristallgitter eine bestimmte Richtung "aufzeigen" und dadurch eine makroskopische elektrische...

Im Focus: MPSD team discovers light-induced ferroelectricity in strontium titanate

Light can be used not only to measure materials’ properties, but also to change them. Especially interesting are those cases in which the function of a material can be modified, such as its ability to conduct electricity or to store information in its magnetic state. A team led by Andrea Cavalleri from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg used terahertz frequency light pulses to transform a non-ferroelectric material into a ferroelectric one.

Ferroelectricity is a state in which the constituent lattice “looks” in one specific direction, forming a macroscopic electrical polarisation. The ability to...

Im Focus: Konzert der magnetischen Momente

Forscher aus Deutschland, den Niederlanden und Südkorea haben in einer internationalen Zusammenarbeit einen neuartigen Weg entdeckt, wie die Elektronenspins in einem Material miteinander agieren. In ihrer Publikation in der Fachzeitschrift Nature Materials berichten die Forscher über eine bisher unbekannte, chirale Kopplung, die über vergleichsweise lange Distanzen aktiv ist. Damit können sich die Spins in zwei unterschiedlichen magnetischen Lagen, die durch nicht-magnetische Materialien voneinander getrennt sind, gegenseitig beeinflussen, selbst wenn sie nicht unmittelbar benachbart sind.

Magnetische Festkörper sind die Grundlage der modernen Informationstechnologie. Beispielsweise sind diese Materialien allgegenwärtig in Speichermedien wie...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Automatisiertes Fahren

17.06.2019 | Veranstaltungen

Doc Data – warum Daten Leben retten können

14.06.2019 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - August 2019

13.06.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neue Weizensorten bewähren sich auch unter widrigen Anbaubedingungen

17.06.2019 | Agrar- Forstwissenschaften

Inventur in der Synapse

17.06.2019 | Biowissenschaften Chemie

Zellbiologie - Qualitätskontrolle für Mitochondrien

17.06.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics